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PROYECTO FINAL DE GRADO: ESTUDIO EXPLORATORIO PARA LA OBTENCIÓN DE CONCRETO TRANSLÚCIDO.
Camilo A. Herrán. Universidad de los Andes, Bogotá D.C., Colombia RESUMEN: Este artículo se profundiza en el estudio exploratorio y experimental para identificar las características y propiedades de los tres modelos conocidos de concreto translúcido (CT). Un modelo de CT compuesto de fibra óptica, otro compuesto por vidrio templado, y el último compuesto por un acrílico de referencia SIKAFLOOR 169. Para cada uno de estos modelos se determinó propiedades mecánicas y translúcidas. Cuyos resultados establecen; una nula capacidad translúcida y un comportamiento mecánico inferior a lo esperado.
Palabras clave: Concreto Translúcido; Fibra óptica; Vidrio Templado; SikaFloor 169; Translúcides aparente; Resistencia a la Compresión; Módulo de Elasticidad; Módulo de Ruptura.
ABSTRACT: This article delves into the exploratory and experimental study to identify the characteristics and properties of three known models of translucent concrete (CT). CT model composed of fiber, the second composed of tempered glass, and the latter consisting of an acrylic Sikafloor 169. For each of these models translucent and mechanical properties were determined. The results set, zero translucent ability and a lower mechanical performance than expected. Key words: Translucent Concrete, Fiber Optics, Tempered Glass; Sikafloor 169; Apparent translucency; Compressive Strength, Modulus of Elasticity, Modulus of Rupture
1. INTRODUCCIÓN
El concreto es un material compuesto que consiste de un medio ligante dentro del cual hay partículas de agregados, principalmente una combinación de agregados finos y gruesos. En el concreto tradicional convecional, el ligante es una mezcla de cemento Portland y agua (Vicedo, 2011). Dado su color y densidad, es casi imposible distinguir cuerpos, colores y formas a través de él, siendo totalmente opaco. (BOSCH, 2011)
De esta mezcla se obtiene un material resistente a esfuerzos de compresión, aunque con un comportamiento y rendimiento bajo ante esfuerzos de tracción, flexión y cortante. (BOSCH, 2011)
A lo largo del tiempo y a medida que la ciencia y la tecnología se ha desarrollado, se han buscado nuevas formas de producción y modificación del concreto tradicional. Una de estas alternativas es la
aplicación del Concreto Translúcido (CT). (León, 2008)
Este concreto, de alto desempeño, se caracteriza, por permitir el paso de la luz, de manera tal, que es posible distinguir figuras a través de él. No es que sea una material compuesto transparente sino translúcido, algo opaco. (Vicedo, 2011) (Losonczi., 2008)
Un material presenta transparencia, cuando deja pasar fácilmente la luz, y por lo tanto, se puede ver a través del material (León, 2008).Este fenómeno se debe a las propiedades ópticas de la materia. Por otro lado, un material es translúcido cuando deja pasar la luz de manera que las formas son difíciles de reconocer, y que es opaco, impidiendo una trasmitividad adecuada de luz. (Definicion., 2012)
Para que este concreto presente propiedades de translucidez se debe: Reemplazar o sustituir los
materiales convencionales utilizados, por materiales que presenten algun grado de translucidez, y que sean adecuados para la realización de una mezcla parecida a la tradicional (Perú, 2011). Es decir, se debe reemplazar parte de los agregados finos y/o gruesos junto con la pasta ligante (Cemento). Por otro lado también se puede generar estas condiciones, por medio de aditivos que brinden propiedades de translucidez.
Se tiene conocimiento de cuatro diferentes metodologías y procedimientos para realizar y obtener concreto translúcido (CT). Cada uno de estos modelos tiene como característica principal, un material con propiedades ópticas translúcidas que posiblemente al mezclarse permiten la obtención de un material compuesto translúcido. A continuación se profundiza en cada una de ellas.
En primer lugar, está el concreto translúcido Mexicano, el cual, como aditivo principal contiene ILUM (León, 2008) (Concretos Translucidos, 2009). Su fabricación es igual a la del concreto común. Para ello se emplea cemento blanco, agregados finos, agregados gruesos, agua, y el aditivo cuya fórmula es secreta, llamado Ilum.
El aditivo Ilum es único en el mundo, ya que le confiere al concreto 15 veces más resistencia –4,500 kg/cm2 con nula absorción de agua, permite el paso de la luz hasta en un 70%, tiene un peso volumétrico 30 por ciento inferior al comercial y puede ser colado bajo el agua. Los ingenieros civiles mexicanos, Joel Sosa Gutiérrez y Sergio Omar Galván Cáceres crearon en el 2005 este revolucionario cemento. (PatentDocs, 2009)
Uno de los inventores, Sergio Galván, dijo que el concreto translúcido es más estético que el convencional, permite el ahorro de materiales de acabado [como yeso, pintura y barniz] y posee la misma utilidad. (PatentDocs, 2009)
El Segundo es el LiTra Con, el cual, es un concreto tradicional con un arreglo tridimensional de fibras ópticas, para formarlo se utilizan miles de fibras ópticas con diámetros que van de dos micrones a dos milímetros, las cuales se ordenan en capas o celdas. (PCA, 2012)
El LiTraCon mantiene un peso variable de entre los 2,100 y 2,400 kg/m3, cifras menores a los 2500 kg/m3, que es el peso de los concretos comerciales
(LUCCON, 2009). Y permite un paso de luz hasta del 70%. (LitraCon, 2009)
La tercera metodología, dado su corto período de investigación, es la conocida como concreto translúcido a base de acrílico (Vicedo, 2011). Para producir el concreto mencionado necesitaremos de un material que sea capaz de unir los diferentes materiales a usar, obviamente las características de este aglomerante tienen que ayudar a ganar la translucidez del producto final. La función de dicho aglomerante, estará realizada por la unión de acrílicos (polvo y líquido). De este modelo no se tiene resultados de translucidez. (Vicedo, 2011)
Finalmente; la cuarta metodología se basa en el reemplazo del agregado grueso y fino por vidrio templado, en una proporción mínima del 30%, en una mezcla tradicional de concreto (Perú, 2011). Para este modelo no se tiene registros de capacidad translúcida.
Una parámetro en común que presenta estas 4 modalidades de obtención de concreto translúcido; es que se reportan resultados de obtención de paneles y placas de espesores pequeños, mas no se tiene registro de un resultado a partir de la realización de cilindros (León, 2008).
Estos son cuatro modelos diferentes para realizar una mezcla de concreto que permita el paso de luz. Se pretende explorar por medio de una diseño de mezclas experimental ,en laboratorio, cada una de estas alternativas, y observar, analizar y concluir sobre su comportamiento mecánico y su capacidad translúcida.
Para tal fin, se eligieron, tres de los modelos anteriormente mostrados: Modelo LiTracon compuesto por Fibra Óptica, el modelo de acrílico y el modelo a partir de vidrio templado. Se descartó la alternativa mexicana dado que el aditivo que se utiliza, ILUM, es difícil de conseguir y no se tiene certeza de su composición.
De acuerdo con estos tres modelos, se necesitan diversos materiales cuya capacidad translúcida permite, en proporciones determinadas, la sustitución de agregados y cemento del concreto tradicional.
Los materiales necesarios son:
Fibra Óptica: Es un conductor de onda, en forma de filamentos. Los haces de luz penetran la fibra, la cual posee una reflexión total interna. La mayor explotación de la fibra óptica se ha generado en el área de las telecomunicaciones, debido a su capacidad para enviar grandes cantidades de datos (BOSCH, 2011). Otros usos de esta; son en la medicina, iluminación, sensores, aplicaciones militares entre otros (Optics, 2000).
Su funcionamiento se basa en transmitir el haz luminoso, a través del núcleo de la fibra, evitando que este lo atraviese, de manera que se refleje y continue viajando por el interior del núcleo (BOSCH, 2011) (Optics, 2000).
De acuerdo al artículo de “Hormigon Translúcido con Fibra Optica” (BOSCH, 2011), la fibra óptica monomodo es la necesaria para ser utilizada dada sus características. Potencialmente, esta es la fibra que ofrece la mayor capacidad de transporte de información. El diámetro del núcleo oscila entre 2 micras a 2 mm (BOSCH, 2011), eventualmente el diámetro necesario para realizar una mezcla de concreto translúcido.
Para el modelo LiTraCon, es el material primordial que se le añade a un concreto tradicional.
Se contactó a MEM, un proveedor, que distribuye fibra óptica monomodo de acuerdo a las características específicadas anteriomente. Se adquirió 40 metros de FIBRA ÓPTICA MONOMODO 9/125UM de 24 HILOS.
Vidrio Templado: Es un material usado como parabrisa de vehículos, el cual al recibir un impacto, se rompe formando múltiples granos de tamaño uniforme de aproximadamente 0,5 cm. (Perú, 2011).
Es un vidrio reforzado (o endurecido) mediante el siguiente método: tras haber sido calentado hasta una temperatura cercana a su punto de reblandecimiento, la superficie del vidrio se enfría rápidamente mientras su interior aún sigue caliente (CONSTRUMATICA). Estos enormes gradientes térmicos generan tensiones y contracciones que aumentan la resistencia del vidrio inicial.
Se contacnto a la empresa METALTRONICS, proveedor autorizado que cumple con las especificaciones de Vidrio Templado.
Acrílico Resina Epoxica SIKAFLOOR-169: Las resinas epoxi son un polímero termoestable que endurece al mezclarse con un agente catalizador (Vicedo, 2011). Con el empleo de estas resinas, existe gran cantidad de formulaciones con extraordinarias características tanto en estado puro como con diferentes cargas.
Son de gran uso, ya que presentan elevadas resistencias mecánicas, buena tenacidad, gran dureza e importantes resistencias al impacto y a la abrasión.
Tienen un elevado coste en comparación con otras resinas, pero también presentan excelentes propiedades.
Presentan mayor seguridad al ser poco inflamables y más tenaces debido a la gran capacidad de alargamiento.
Las principales propiedades de los PM realizados a base de resinas epoxi son las descritas a continuación (A. J. Kinloch, 1989):
-Excelentes propiedades del compuesto en general.
-Baja retracción durante el curado.
·Buen comportamiento a temperaturas elevadas, hasta 180 C.
-Buena resistencia y estabilidad ante los agentes químicos y disolventes.
·Ausencia de volátiles durante el curado.
·Muy buenas propiedades eléctricas.
·Buena adhesión a casi todas las fibras.
·Largo tiempo de curado.
·Coste relativamente alto.
Se contacto a Sika en Colombia para realizar la compra de esta referencia: SIKAFLOOR 169.
Cemento Blanco: Es un tipo de cemento que debe su color a la ausencia de óxidos férricos (Fe2O3), que son los que le dan el característico color gris al cemento (PCA, 2000). También presenta
cantidades reducidas de Mn en su composición. Debido a la ausencia de óxidos fundentes, el calcinado del material ha de producirse a temperaturas más altas, por lo que el consumo energético en la fabricación del cemento blanco es mayor que en el cemento gris.
Posee características mecánicas similares a las de los cementos grises. Existen cementos blancos de muchas clases: desde cementos de albañilería de resistencia 22,5 MPa, hasta estructurales de resistencia 52,5. Existen cementos de las clases resistentes tipo I hasta tipo II. El cemento blanco necesita más agua que los cementos normales, y su tiempo de inicio de fraguado es menor (en torno a 60 minutos) (Cemento Blanco, 2013). Factor primordial a la hora de realizar la mezcla de concreto, con el fin de cumplir asentamiento.
Dada su blancura, es recomendable para efectos de translucidez. El cemento blanco utilizado es procedente de ARGOS (Cemento Blanco, 2013).
Además de estos materiales necesarios para otorgar propiedades translúsidas al concreto, se utilizaron agregados, tanto finos como gruesos, aprobados por por el laboratorio de estructuras de la Universidad de los Andes.
Propiedades Mecánicas a Determinar:
Se debe determinar ciertas características mecánicas del concreto translúcido, obtenido de forma experimental, para ser comparadas con valores teóricos del concreto tradicional, de tal forma que se establezca relación entre la resistencia final de diseño (f’c), su módulo de elasticidad (Ec) y el módulo de ruptura (f’r), entre otras.
-Resistencia de Diseño (f’c): Es el máximo esfuerzo soportado por un material. En el caso del concreto tradicional, la resistencia de diseño se alcanza a los 28 días tras un proceso de maduración (diseño, 2003). Para verificar la resistencia máxima que soporta el concreto se debe realizar un ensayo a compresión de una probeta con dimensiones específicas. El ensayo consiste en aplicar una carga axial sobre las muestras a una carga constante y llevarse hasta la falla. La resistencia de diseño selecionada para este proyecto fue de 21 MPa, y se realizó el respectivo diseño de mezclas (Sanchez, 2001).
Se determina mediante el análisis de la curva de esfuerzo vs deformación y la utilización de la ecuación de esfuerzo normal.
𝜎 =𝑃𝐴 𝐸𝑐. (1)
Finalmente se realiza una curva de esfuerzo vs deformación unitaria, que muestre el comportamiento del cilindro de tal forma que se verifique un adecuado comportamiento del material.
-Modulo de Elasticidad (Ec): Es la relación de esfuerzo y deformación unitaria dada por la ley de Hooke (diseño, 2003). En la curva de esfuerzo-deformación corresponde a la pendiente de la porción lineal. Se expresa mediante el uso y la aplicación de la siguiente ecuación:
𝐸𝑐 = 𝜎𝑒 𝐸𝑐. (2)
Donde 𝜎 es el ezfuerzo normal, determinado por la relación, entre la carga aplicada normal ,en newtons y el área transversal de la probeta en metros cuadrados. Y es la deformación unitaria determinada por la relación entre el desplazamiento y la longitud total de la muestra (Sanchez, 2001). El módulo de elasticidad esta dado por unidades de esfuerzo (MPa) como valor normalizado.
-Módulo de Ruptura por Flexión (fr): Es la resistencia máxima obtenida, a partir de un ensayo a flexión para una probeta en forma de viga. Este módulo es la relación del momento por la distancia al punto de compresión sobre la inercias de la probeta. El módulo de ruptura se determina a partir de los ensayos de flexión en las vigas de concreto, sometiendo la viga que se encuentra simplemente apoyada a un esfuerzo que aumenta de forma constante, aplicado en dos cargas puntuales iguales sobre los tercios de la viga y se lleva hasta la falla. Lo anterior se hace con el propósito de evitar la influencia de la fuerza cortante en la sección sobre la cual se espera la falla, ya que con estas características, en la distancia entre apoyos no se presentan esfuerzos asociados a cortante, al aplicar flexión (diseño, 2003).
La carga se aplica de una manera, aumentando constantemente, de manera que la viga de concreto es llevada hasta su falla, registrando una carga P, la cual se utiliza en la siguiente ecuación:
𝑓𝑟 =𝑃×𝐿𝑏×𝑑! 𝐸𝑐. (3)
Donde P es la carga aplicada máxima que resiste la viga, L; es la luz libre entre apoyos, b el ancho y d el alto; características de la sección. El módulo de ruptura se reporta en unidades de esfuerzo.
La ecuación para determinar el valor teórico de un concreto, de una resistencia es:
𝑓𝑟 = 0,68 𝑓′𝑐 𝐸𝑐. (4)
-Densidad en Fresco/Endurecido: La densidad tanto en fresco, como en endurecido se mide en dos diferentes momentos del proceso de mezclado y fraguado del concreto (Sanchez, 2001). La densidad en fresco se mide en el momento del vaciado del concreto para determinar mediante una relación de masa y volumen el pesos específico fresco. Mientras que la densidad endurecida se mide tanto a 7, 14, 21 y 28 días después del mezclado. Con el fin de observar el cambio de densidad del concreto, de esta manera se puede determinar si existen efectos de exudación y perdida de agua. Para este caso, solo se determinó la densidad en fresco, y la densidad endurecida a los 28 días.
𝛾 =𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑘𝑔
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑚! 𝐸𝑐. (5)
Estos son algunos valores esperados para una mezcla de 21 MPa:
Módulo de elasticidad Ec=21 538 MPa.
Resistencia de diseño a compresión f’c=21 MPa
Módulo de Ruptura: fr=2,84 MPa.
Peso específico: 𝛾 = 2300− 2400 !"!!
Error Porcentual:
Dado que el alcance de este proyecto se basa en ensayos experimentales, se debe identificar en que medida los resultados cumplen con lo esperado. Por lo tanto se establece una ecuación para determinar el porcentaje de error.
𝐸% =𝑉.𝑇𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 − 𝑉.𝐸𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙
𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑇𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜×100 𝐸𝑐. (6)
Propiedades de Translucidez:
Dado el alcance de este proyecto se debe determinar las características translúcidas, y las propiedades ópticas del concreto obtenido de tal forma que se tengan valores de análisis. Estas son la del fenómeno de reflexión, absorción y transmitancia.
Reflexión: Es la relación que existe entre la intensidad del haz reflejado y el haz incidente, dado por la siguiente ecuación (MONTILLA, 2012).
El coeficiente de reflexión, R, mide la reflexión, valor que depende del índice de refracción, n, del material y relación a la velocidad de la luz en el vacío con la velocidad de la luz dentro del material. Cuando el rayo incidente es perpendicular a la superficie, se cumple, de acuerdo con la relación de Fresnel, que:
𝑅 =𝑛! − 𝑛!𝑛! + 𝑛!
! 𝐸𝑐. (7)
Como la pérdida de intensidad por reflexión se produce cuando el haz de luz pasa de un medio a otro, la primera perdida se produce en la frontera entre el aire y el material; ahora bien, suponiendo que la luz en el aire se dezplaza a la misma velocidad a la cual lo hace en el vacio n1=1. Remplazando este valor en la ecuación No.4, la reflectancia depende de solo una variable , en este caso el índice de refracción del material, n2. Ver figura no.1. (MONTILLA, 2012)
Figura No.1 Reflexión de una haz de luz sobre la superficie de la probeta (MONTILLA, 2012).
Absorción: Si un haz de luz, con una intensidad Io, va por el aire y choca contra un prisma de mortero,
como se muestra en la Figura 1, cada material, el aire y el mortero, tienen un índice de refracción diferente que se relacionan mediante la relaciones de Fresnel (MONTILLA, 2012). De Io parte se convierte en intensidad reflejada, Ir, y parte entra al material con una intensidad disminuida, I2. Parte de la energía se disipa por absorción al atravesar el material, llegando a la cara opuesta del cuerpo atravesado con una intensidad I3, como se muestra en la Figura No.2.
Figura No.2 Movimiento de un haz de luz a través de un prisma de muestra.
Transmitancia: Por último, cuando el haz pasa del material de nuevo al aire, parte de la energía se disipa por reflexión, como se ilustra en la Figura 3, ya que el material y el aire tienen diferentes índices de refracción; la energía disipada en la cara de salida, es igual a la energía disipada en la cara de entrada (MONTILLA, 2012). De tal manera, después de atravesar completamente el material, el haz de luz sale con una intensidad reducida final, que no es otra cosa que la intensidad transmitida, It, como se muestra en la Figura No.3 (MONTILLA, 2012).
Figura No.3. Transmitancia de un haz de luz a través de una probeta de muestra (MONTILLA,
2012).
Finalmente este estudio exploratorio pretende replicar estos tres modelos para concreto
translúcido (CT), ya mencionados, junto con un concreto tradicional de control, para verificar y comprar los resultados obtenidos, tanto para la caracterización de las propiedades mecánicas como para la determinación de las propiedades ópticas y de translucidez.
2. OBJETIVOS E HIPÓTESIS 2.1. Objetivos:
El objetivo general de este artículo es el de realizar un estudio exploratorio experimental, para identificar las características y propiedades de los tres modelos conocidos de concreto translúcido (CT).
-Vaciar una determinada cantidad de cilindros y vigas de concreto, tanto trandicional como translúcido, cambiando de manera determinada sus composición de acuerdo a lo establecido en la teoría.
- Fundir cilindros y vigas de concreto con una composición determinada de Fibra Óptica y determinar sus propiedades mecánicas y ópticas.
- Fundir cilindros y vigas de concreto con una composición determinada de Vidrio Templado, sustituyendo agregado grueso en distintas proporciones, y determinar sus propiedades mecánicas y ópticas.
- Fundir cilindros y vigas de concreto con una composición determinada de acrílico de referencia SIKAFLOOR 169, sustituyendo parte del cemento y determinar sus propiedades mecánicas y ópticas.
-Comparar los resultados obtenidos de estos tres modelos con una mezcla de concreto tradicional, tanto para propiedades mecánicas como ópticas.
-Determinar factores predeterminantes para lograr un concreto translúcido y analizar.
2.2. Hipótesis:
-Debido a la sustitución de los materiales tradicionales por materiales como, fibra óptica, vidrio templado y acrílico, las propiedaes mecánicas se verán afectadas impidiendo el buen comportamiento del concreto.
-La pasta cementante impedirá la obtención de un modelo translúcido con propiedades ópticas
significativas, debido a que esta, cubrirá toda la superficie de los cilindros.
- Para el modelo de concreto translúcido (CT) utilizando el acrílico SIKAFLOOR 169, se producirá el fenómeno de separación de fases, debido a la densidad de materiales. Se verá como el acrílico se separa del resto de los materiales impidiendo una distribución homogénea adecuada del concret; que como resultado dará un comportamiento mecánico diferente al esperado para un concreto tradicional.
-La utilización de vidrio templado, en la matriz de concreto, reducirá la capacidad de carga y de resistencia del concreto translúcido obtenido.
- El incoveniente principal para que no se vea un alto grado de translucidez, se debe al uso de la pasta cementante. Esta se debe reemplazar en un alto grado de proporción.
3. MÉTODOS Y PROCEDIMIENTO
3.1. Normas:
Los procedimientos y ensayos realizados dan cumplimiento a los siguientes estandares y normas, emitidos por el instituto Nacional de Vías (I.N.V.E.), por Normas Técnicas Colombianas (NTC), también por la American Society for Testing and Materials (ASTM) y por el American Concrete Institute (A.C.I).
• Diseño de Mezclas: A.C.I -211 • Resistencia a la compresión: I.N.V.E –410–
07, NTC 550, 637, 672 y ASTM C39/39M. • Módulo de Elasticidad: I.N.V.E –403–07 • Módulo de Ruptura: I.N.V.E – 414 – 07, y
ASTM C78.
3.2. Diseño de Mezclas
Se eligió una resistencia de diseño modelo para realizar la mezcla y vaciado de concreto, tanto de vigas como de cilindros. La resistencia deseada es de 21 MPa.
Además de diseñar, para esta resistencia se específico que el asentamiento debería ser de 20 cm, de tal forma que a la hora de fundir los elementos fuera manejable.
De acuerdo a lo estipulado en la norma ACI-211, y cumpliendo todos los requerimientos se obtuvo la siguiente proporción de materiales a utilizar. En la tabla No. 1, se específica la cantidad de materiales necesarios para 1m3 de concreto tradicional, ya, con la correción por asentamiento aplicada y contemplando un desperdicio del 20%.
Tabla No.1 . Diseño de mezclas de 21 MPa de concreto.
Materiales Peso W (kg) Aire 0,00 Agua 234,97
Cemto. Blanco 383,58 A. Fino 839,28 Grava 684,53
Total 2142,37
Para realizar este análisis era necesario tener una muestra control de concreto tradicional que se base en este diseño, para 21 MPa, de tal forma que se tenga resultados para ser comparados con los otros modelos. Ver tabla No1.
Este diseño de mezclas es igual para todo los modelos que se replicaron y exploraron. La diferencia se basa en el cambio de ciertas proporciones de agregado y de cemento dependiendo del modelo que se desea replicar. A continuación se especifica la proporción de sustitución de materiales para cada modelo a replicar.
3.2.1. Modelo de CT con Fibra Óptica.
Este modelo de CT requiere de acuerdo con lo investigado, que se añada alrededor del 5% del volumen del concreto en fibra óptica monomodo de 24 hilos. De este modo se determinó la cantidad de fibra óptica necesaria dado el diseño de mezclas especificado en la Tabla No.1. Ver sección 3.3.
Otro aspecto importante para este modelo, es que se determinó vaciar los elementos con fibra óptica de manera aleatoria, sin ningun armado determinado. Según las especificación de LitraCon, es necesario un armado específico para la fibra óptica (LitraCon, 2009). Se desea observar sus resultados.
3.2.2. Modelo de CT con Vidrio Templado.
Para la realización de este modelo se eligieron dos diferentes proporciones a replicar y explorar. Es importante afirmar que el material que se sustituye, de acuerdo a la granulometría del vidrio, es el agregado grueso. Las proporciones de sustitución son del 30% y 70% de vidrio templado. De tal forma que el diseño de mezclas se corrige como se específica en la tabla No.5 y No.6 de la sección 3.3.
3.2.3. Modelo de CT con SIKAFLOOR 169.
Finalmente para el modelo de CT utilizando SIKAFLOOR 169, resina epoxi, se sustituyó en un 30% el cemento blanco.
3.3. Cantidad de Cilindros y Vigas.
Dado el alcance de este proyecto se determinó la cantidad necesaria de cilindros y vigas a fundir para después realizar los ensayos correspondientes y así, tener resultados confiables. Ver Tabla No.2.
Tabla No.2. Cantidad de cilindros y vigas que se fundieron para los diversos ensayos.
Modelos CT % Cilindros Vigas
f'c Ec Flexión fr Concreto Control - 4 - -
Vidrio Templado
30 3 3 3 70 3 3 3
Fibra Óptica 5 3 3 3
SikaFloor – 169 30 3 3 3
Total 16 12 12
Como se puede observar en la tabla No.2 se distribuyó cierta cantidad de cilindros para la realización de ensayos de resistencia a la compresión (f`c), también para la realización de los ensayos de Módulo de Elásticidad (Ec) y finalmente una cantidad determinada de vigas para el ensayo a flexión.
Las dimensiones de los cilindros es de 20 cm de altura con un diámetro de 10 cm. Por otro lado las vigas tienen una sección de 15cm*15cm*60cm.
Una vez determinada la cantidad de cilindros y vigas a vaciar para cada uno de los modelos, se procede a determinar la proporción de materiales necesarios para realizar el vaciado de las mezclas.
-Concreto Tradicional de Control:
De acuerdo a los 4 cilindros a vaciar, ver tabla No.2, se relacionan las cantidades requeridas. Ver la tabla No.3
Tabla No.3 Cantidad necesaria de materiales para 4 CILINDROS de Concreto tradicional.
Materiales Peso W (kg) Aire 0,00 Agua 1,77
CementoBlanco 2,89 A. Fino 6,33 Grava 5,16
Total 16,15
-CT de Fibra De Óptica:
Se debe utilizar alrededor del 5% del volumen del concreto en Fibra Óptica, según esto es necesario una longitud de 30 metros de fibra, equivalente al 5% de Volumen.
Tabla No.4 Cantidad necesaria de materiales para 6 cilindros y 3 vigas de CT de Fibra Óptica.
Materiales 6 Cilindros (kg) 3 Vigas (kg)
Aire 0,00 0,00 Agua 2,66 11,42
CementoBlanco 4,34 18,64 A. Fino 9,49 40,79 Grava 7,74 33,27
Fibra Óptica 30 metros de FO Total 24,23 104,12
-CT de Vidrio Templado:
Se plantearon mezclas con composición del 30% y 70%, sustituyendo el agregado grueso.
A continuación se especifican las cantidades necesarias para estos dos armados.
Tabla No.5 Cantidad necesaria de materiales para 6 cilindros y 3 vigas con el 30% de VT.
Materiales 6 Cilindros (kg)
3 Vigas (kg)
Aire 0,00 0,00 Agua 2,66 11,42
CementoBlanco 4,34 18,64 A. Fino 9,49 40,79 Grava 5,42 23,29
Vidrio templado 2,32 9,98 Total 24,23 104,12
Tabla No.6 Cantidad necesaria de materiales para 6 cilindros y 3 vigas con el 70% de VT.
Materiales 6 Cilindros (kg)
3 Vigas (kg)
Aire 0,00 0,00 Agua 2,66 11,42
CementoBlanco 4,34 18,64 A. Fino 9,49 40,79 Grava 2,32 9,97
Vidrio templado 5,42 23,30 Total 24,23 104,12
De acuerdo con las tablas anteriores fue necesaria una cantidad de 41 Kilos de vidrio templado, para realizar el vaciado adecuado.
-CT de Acrílico SIKAFLOOR 169
Se experimentó con una proporción del 30% de sikafloor 169 en remplazo del cemento blanco. A continuación se referencian las cantidades.
Tabla No. 7 Cantidad necesaria de materiales para 6 cilindros y 3 vigas con el 30% de SIKAFLOOR
169.
Materiales 6 Cilindros (kg)
3 Vigas (kg)
Aire 0,00 0,00 Agua 2,66 11,42
CementoBlanco 3,04 13,04 A. Fino 9,49 40,79 Grava 7,74 33,27
SikaFloor 169 1,30 5,60 Total 24,23 104,12
El sikafloor 169 se debe preparar con antelación, debido a que se deben mezclar en proporciones diferentes. Según la ficha técnica se debe mezclar en proporciones de 1:2, por una parte de A va 2 partes de B.
Una vez conocida las cantidades de mezclas se procedió a realizar el vaciado. El vaciado de cilindros y vigas se hizo en dos diferentes diferentes días, fundiendo la mitad del volumen en cada uno de estos días. A los 28 días despues del vaciado se programaron los ensayos correspondientes.
3.4. Muestras para determinar translucidez
Como el objetivo primordial de este proyecto es el de replicar modelos de concreto translúcido (CT), se debe medir de manera adecuada la capacidad translúcida de los elementos. Por lo tanto se contrató con la Universidad de los Andes, la realización de ensayos de translucidez por medio del laboratorio de ingeniería química utilizando un espectrofotómetro. Las condiciones de este ensayo, radican en la dimensión de las probetas y muestras, estas deben tener una sección de 2 cm de espesor máximo, de 10 cm de base y 5 cm de altura. Para cada modelo de CT explorado se realizaron 5 probetas. Por lo tanto se tiene un total de 20 muestras, 5 por cada tipo de CT y 5 muestras control.
3.5. Metodología de Vaciado de Concreto para los tres modelos.
El procedimiento para realizar el vaciado de concreto es parecido para los 3 modelos, excepto por ciertas características de los materiales utilizados.
-Se pesan las cantidades necesarias de materiales, se mezclan hasta obtener una consistencia homogénea.
-Se realiza el ensayo de asentamiento, verificando que cumpla con un asentamiento de 20 cm.
-Se vacía en los cilindros y vigas, evitando dejar aire atrapado. Se llena el cilindro por tercios y se le da 25 golpes con una varilla de 3/8” en cada capa. En cuanto a las vigas se llena por tercios y con una varilla de 3/8” se le da 60 golpes ditribuidos, evitando que queden burbujas de aire.
- Se pesan los cilindros, para determinar el peso específico en fresco.
-Finalmente los cilindros y vigas van al cuarto de curado habilitado por el laboratorio de Estructuras de la Universidad de los Andes, cuyas condiciones sosn óptimas para el fraguado adecuado de las mezclas.
Para la utilización del Acrílico SIKAFLOOR 169 se debe tener especial cuidado, ya que esta compuesto por dos partes (A y B), que se deben mezclar previamente en una realación de 1:2, por una parte del elemento A, va dos partes de B y ser añadidas en el momento del vaciado.
Mientras que para la fibra óptica y vidrio templado si se agregan a la matriz de concreto ,y se mezcla.
El vaciado de concreto siempre se hizo en grupos iguales, es decir se realizaba la mezcla para cada modelo experimental, y se vaciaban todos lo cilindros juntos correspondientes, con el fin de disminuir errores de mezclado.
A las 24 horas después de realizado el vaciado se desencofran los cilindros y las vigas. Se dejan en el cuarto de curado y a los 28 días se proceden a realizar los ensayos pertinentes.
3.6. Ensayos
Todos los ensayos descritos a continuación se realizaron en el Laboratorio de Estructuras de la Universidad de los Andes, en la máquina MTS adecuada para tal fin cumpliendo las normas y estándares de la sección 3.1. Y se efectúan para cada uno de los modelos explorados.
3.6.1. Resistencia de Diseño a Compresión (f’c):
Este es un ensayo destructivo que consiste en llevar el cilindro hasta la falla para determinar su esfuerzo último.
Como primera medida se debe refrentar los cilindros a ensayar de acuerdo a I.N.V.E –410–07. Ver figura No.4. Una vez refrentados se procede a realizar el ensayo en la máquina MTS. La velocidad de deformación se configura, según la norma, en 1mm/min. Para este ensayo se toman las dimensiones de los cilindros, tanto de longitud, como de área, de tal manera que se puedan realizar los cálculos correspondientes.
Se coloca el cilindro en la máquina y se carga a una velocidad constante y se espera a su falla. Ver Figura No. 5.
La máquina MTS genera un archivo de datos, con valores de Carga en kg, deformación (mm) y de tiempo. Estos resultados se analizan para determinar el esfuerzo máximo y de falla. Como también para determinar la curva de esfuerzo vs deformación unitaria y observar el comportamiento del cilindro. Se deben comparar los resultados de acuerdo al diseño de 21 MPa (17 toneladas)
3.6.2. Módulo de Elasticidad (Ec):
Este ensayo a diferencia del anterior, es un ensayo no destructivo, y se caracteriza por someter la muestras a 5 ciclos de carga y descarga continua. El cilindro se lleva a un carga máxima del 40% de su resistencia, se descarga y de nuevo por 5 veces se repite este proceso. Estos cilindros estan intrumentados con dos deformímetros mecánicos que perciben la deformación en milímetros. Ver Figura No.6.
Se debe refrentar los cilindros a ensayar de acuerdo a I.N.V.E –403–07. Ver figura No.4. Una vez refrentados se procede a realizar el ensayo en la máquina MTS.
La máquina MTS genera un archivo de datos, con valores de Carga en kg, deformación (mm) y de tiempo. Estos resultados se analizan para determinar el Módulo de Elasticidad de la muestra verificando si cumple con lo predicho. De los 5 ciclos registrados en el archivo de datos se toma el último ciclo y se aplica una línea de tendencia, la pendiente de la ecuación resultante es el Módulo de Elasticidad correspondiente. Para una resistencia de 21MPa se tiene un módulo de Elasticidad de 21538 MPa
3.6.3. Módulo de Ruptura (fr).
Este ensayo consiste en someter una viga de concreto a flexión. La carga es aplicada en los tercios de la longitud y de una forma perpendicular a las cara de la viga. La viga es ubicado sobre la MTS y comienza a ser cargada de una forma uniforme y a velocidad constante. Según la norma I.N.V.E – 414 – 07, la carga es de 200 kg y aumenta de manera constante, dado las condiciones de la viga y sus características. Se
espera a que falle la viga para tomar el valor máximo de fuerza que resiste. Y se utiliza la ecuación No.3 para determinar su módulo fr. Ver Figura No.4 y 8.
Figura No.4 Intrumentación Ensayo Módulo de Ruptura.
De acuerdo a la ecuación No.4 se determina el Módulo de Ruptura de la Resistencia de 21 MPa. Para este caso es de 2,84 MPa.
3.6.4. Peso Específico:
Este ensayo se hace en fresco y en endurecido. Se debe pesar, después de vaciar los cilindros y determinar la densidad del concreto.
Por otro lado es necesario determinar el peso específico endurecido de todo los modelos de CT. Ver ecuación No. 5. Una vez curado los cilindros y listo para realizar los ensayos se procede a determinar el volumen y se pesa de nuevo, para determinar una densidad. Es importante recordar que el peso específico de el concreto tradicional es del orden de 2300 - 2400 kg/m3.
Con estos dos parámetros, tanto de densidad fresca como densidad endurecida se comparan los resultados y se analiza sus resultados.
4. RESULTADOS 4.1. Peso Específico (Fresco/Endurecido)
A continuación se muestran los resultados de pesos específicos para cada uno de los modelos de CT experimentales, junto con los del Concreto tradicional de control, tanto para el estado fresco como seco.
Tabla No. 8 Pesos específicos promedios para cada uno de los modelos replicados.
C. Control
VT FO SK169
30% 70% Υprom Seco
(kg/m3) 2242 2291 2289 2288 2075
Υprom Fresco (kg/m3) 2369 2401 2431 2325 2160
Los resultados se obtuvieron de la aplicación de la ecuación No.5.
Para información detalla ver en la sección de Anexos; de la Tabla No.9 a la No.13.
4.2. Resistencia de Diseño a Compresión f’c
Se realizó el ensayo de Resistencia a la Compresión para los 16 cilindros. Ver tabla No.2. A partir de este ensayo se determinó su esfuerzo ultimo a compresión utilizando la ecuación No.1. A continuación, en la tabla No.14 se especifican estos resultados de acuerdo a cada modelo de CT, junto con el Control.
Tabla No. 14 Resistencias a la compresión por cilindro y promedio para cada uno de los modelos
replicados.
Cilindro No.
Concreto Control
CT Fibra Optica
CT Sk169 CT Vidrio Templado f'c (Mpa)
f'c (Mpa) f'c (Mpa) f'c (Mpa) 30% 70%
1 15,45 16,99 7,52 10,82 15,58 2 17,15 16,56 8,80 10,55 16,85 3 18,09 16,97 6,90 10,69 17,57 4 15,83 -‐ -‐ -‐ -‐
Promedio 16,63 16,84 7,74 10,69 16,67
Es importante recordar que se diseño para mezclas de 21 MPa.
A continuación se relaciona los errores porcentuales correspondientes obtenidos a partir de la ecuación No.6.
Tabla No. 15 Errores porcentuales por cilindro y promedio para cada uno de los modelos replicados.
Cilindro No.
Concreto Control
CT Fibra Optica CT Sk169
CT Vidrio Templado Error%
Error% Error% Error% 30% 70%
1 26,43 19,11 64,21 48,50 25,81 2 18,32 21,12 58,08 49,74 19,74 3 13,85 19,21 67,14 49,11 16,35 4 24,60 -‐ -‐ -‐ -‐
Promedio 20,80 19,81 63,15 49,12 20,63 De acuerdo a la tabla No.15 se puede observar que existen errores porcentuales significativos. Sobre todo en el caso del CT elaborado a partir del acrílico SIKAFLOOR 169. No obstante también para el concreto control.
4.3. Curvas de Esfuerzo vs Deformación Unitaria (𝜎 𝑣𝑠 𝜖).
A paritr de los ensayos de resistencia a compresión se elaboraron figuras de esfuerzo vs deformación unitaria para cada uno de los modelos replicados. (Ver sección de Anexos de la Figura No.10 hasta la No.14.) En la Figura No. 14 se establece una relación de comportamiento para los 4 modelos explorados.
4.4. Módulo de Elasticida Ec.
Se determinó el Módulo de Elásticidad para 12 cilindros (Ver tabla No.2). A continuación se muestran los resultados correspondientes.
Tabla No. 16 Módulo de Elasticidad en Mpa por cilindro y promedio para cada uno de los modelos
replicados.
Cilindro No.
CT Fibra Optica CT Sk169
CT Vidrio Templado Ec (Mpa)
Ec (Mpa) Ec (Mpa) 30% 70%
1 4280 2025 23837 15452 2 5210 4568 18834 16364 3 4657 3457 21592 21932
Promedio 4715,67 3349,90 21421 17916, Los resultados se obtuvieron a partir de la aplicación de la ecucación No.2, ley de Hooke.
Se puede observar que para los Concretos, modelo de Fibra Óptica y SikaFloor 169, no cumple con el módulo Ec teorico, mientras que para las composiciones de CT con vidrio templado se acerca a lo esperado, de manera adecuada.
En la tabla No. 17 se referencia los errores porcentuales pertinentes.
Tabla No. 17 Errores Porcentuales por cilindro y promedio para cada uno de los modelos replicados.
Cilindro No.
CT Fibra Optica CT Sk169
CT Vidrio Templado Error%
Error% Error% 30% 70%
1 80,13 90,60 10,67 28,26 2 75,81 78,79 12,55 24,02 3 78,38 83,95 0,25 1,83
Promedio 78,11 84,45 0,54 16,82 Según la Tabla No.17 para el CT de Vidrio Templado al 30% se tiene un error porcentual promedio de menos del 1%. Mientras que para las otras composiciones y modelos los errores porcentuales se hacen significativos.
4.5. Módulo de Ruptura fr.
Para determinar el fr se utilizó la ecuación No.4, junto con los valores conocidos de la geometría de la sección de viga.
Se cálculo para todas las vigas una luz libre de 0,50 m, una base de 0,15 m y una altura de 0,15m. A continuación, en la tabla No.18 se registran los resultados obtenidos por falla.
Tabla No. 18 Falla por flexión de vigas de cada uno de los modelos replicados
Viga No. CT Fibra Óptica CT Sk169
CT Vidrio Templado Falla kN
Falla kN Falla kN 30% 70%
1 12,517 8,829 13,789 13,913 2 11,672 7,985 12,998 13,797 3 12,828 8,543 12,543 12,173
Promedio 12,34 8,45 13,11 13,29 De acuerdo a los resultados anteriores se puede observar que para los tres modelos de CT explorados, el compuesto por SIKAFLOOR 169 es el de menor capacidad a flexión.
A partir de la tabla No. 18 y aplicando la ecuación No.4 se determinó el Módulo de Ruptura fr respectivo. Según los resultados se puede ver como ninguno de los modelos alcanzó el valor teórico esperado de 2,84 MPa. Esto se verifica en la Tabla No.20 con los errores porcentuales.
Tabla No. 19 Módulo de Ruptura de vigas para cada uno de los modelos replicados
Viga No. CT Fibra Óptica CT Sk169
CT Vidrio Templado fr MPa
fr MPa fr MPa 30% 70%
1 1,85 1,31 2,04 2,06 2 1,73 1,18 1,93 2,04 3 1,90 1,27 1,86 1,80
Promedio 1,83 1,25 1,94 1,97
Tabla No. 20 Error Porcentual del Módulo de Ruptura para vigas de cada uno de los modelos
replicados.
Viga No. CT Fibra Óptica
CT Sk169 CT Vidrio Templado Error%
Error% Error% 30% 70%
1 34,73 53,96 28,10 27,45 2 39,14 58,36 32,22 28,06 3 33,11 55,45 34,60 36,53
Promedio 35,66 55,93 31,64 30,68
4.6. Translucidez.
Translucidez Aparente:
Además de realizar ensayos intrumentados de translucidez, se puede verificar de manera visual el fenómeno de traspaso de luz. Por lo tanto una vez, curado el concreto modelo determinado se procedió a observar su capacidad translúcida visual. A continuación se muestran fotografías para cada uno de los módelos obtenidos.
Figura No.15 Concreto Translúcido de Vidrio Templado. No registra paso de luz visual.
Figura No.16 Viga de Concreto translúcido de Vidrio. Sin translucidez aparente.
Figura No.17 Concreto translúcido compuesto de 5% del volumen de concreto de fibra óptica. Sin
paso de luz.
Figura No.18 Concreto translúcido compuesto de Sikafloor 169. Sin paso de luz aparente.
Figura No.19. CT de SIKAFLOOR 169 después de ensayo a comprensión con falla localizada en la
parte superior. No presenta paso de luz.
Según estas fotografías ninguno de los modelos presenta translucidez aparente física. No existe el paso de luz en nignuno de ellos.
5. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN
-Concreto Translúcido compuesto por Fibra Óptica:
De acuerdo con los procedimientos experimentales y los resultados se pudo identificar que la proporción recomendada de fibras ópticas por el
artículo “Hormigon Translúcido con Fibras Ópticas” (BOSCH, 2011), del 5 % del Volumen del Concreto no es del todo acertada, debido que a nivel de laboratorio a la hora de realizar la mezcla se evidenció que tan solo el 5% del volumen no era suficiente para generar un efecto translúcido a la mezcla de concreto. Según la figura No. 17 se observa que el efecto translúcido es nulo, y no se ve un presencia significativa de fibras. Por esta razón, el volumen de fibras debe ser mayor al 70% del volumen de concreto. Debe ser un porcentaje alto, ya que las fibras deben estar distribuidas por toda la matriz de concreto. De manera similar, es imprecindible crear e implementar un diseño para el armado de estas fibras.
Se tomó la decisión de añadir las fibras de manera aleatoria y sin ningun armado en específico, lo que provoco, a la hora de realizar la mezcla, que los filamentos de fibra se colmataran de pasta, es decir, cemento y agregado fino cubría toda la superficie. Eliminando su capacidad de transporte de luz. Las fibras tienen una entrada y una salida de luz específica, si esta, está cubierta por pasta no permite un paso adecuado. Por lo tanto la alternativa de una mezlca aleatoria se debe desechar y se debe emplear una forma adecuada de armado perpendicular, homogéneo que permita que la luz pase por la fibra.
Por otro lado, el Concreto translúcido de fibra óptica, no solamente debe estar compuesto de este material, sino también es necesario la modificación de la pasta, ya que esta es la que impide un buen paso de luz.
De acuerdo a la tabla No. 8 el peso específico del Concreto compuesto por fibra óptica esta en los rangos normales de un concreto tradicional. La densidad oscila entre 2250 y 2325 Kg/m3, esto debido a la cantidad de fibra utilizada, si se garantiza una mayor cantidad de fibras ópticas por vulumen distribuida por toda la matriz se disminuirá la densidad del Concreto. Por lo tanto no brinda ventajas en cuanto a su densidad.
En cuanto a sus propiedades mecánicas, se puede observar, de acuerdo a las Tabla No.14, que su resistencia a la compresión a 28 días no alcanza lo deseado por diseño. Su resistencia es inferior a 21 MPa, y se registró un error porcentual de 19,8% lo que indica en primer lugar que no se comporta de manera estructural. Por otro lado se pudo observar
que al tener un volumen determinado de fibras, promueve el almacenamiento de burbujas de aire, lo que implica que después de fraguado existen espacios libres y poros en la matriz, generando fisuras internas que no permiten su buen comportamiento.
De manera similar es necesario comentar que existieron errores sistemáticos. Si bien, se observa los resultados del Concreto de control, no alcanzó la resitencia de diseño, por lo tanto se evidencia errores personales y de método, ya que el mezclado y vaciado se hizo de forma manual, lo que implica errores en los pesos de los materiales, y sus condiciones.
De acuerdo a la figura no.14 se puede observar un comportamiento normal para este Concreto con composición de Fibras Ópticas, tiene una zona lineal elástica, también un zona de deformación por esfuerzo.
Según la Tabla No.16 , el módulo de elasticidad de esta mezcla no cumple con lo deseado y presenta un error porcentual del 80%. Este error es asociado a los instrumentos, debido a que la máquina presentó fallas. Se decide realizar nuevos ensayos para verificar esta condición. Por último en cuanto al módulo de ruptura a flexión se observa que no alcanza lo específica por diseño. Ver tabla No.19 y 20. Esto se debe, al hecho de la presencia de fibras ya que estas permiten espacios de aire y una adherencia diferente a la normal del concreto, provocando un agrietamiento mucho más rápido del que un concreto normal percibe.
-Concreto translúcido compuesto por vidrio templado.
Se realizaron dos mezclas una con un proporción del 30% de vidrio sustituyendo agregado grueso y otra con un porcentaje del 70%. Ninguna de estas mezclas presento translucidez visible aparente. La razón de esto se debe a la pasta, ya que esta cubre toda la superficie del vidrio y no permite el paso de la luz. Ver figura No. 15 y 16. No importan en que grado se sustituyan los agregados, desde que la composición de la pasta de pega sea la misma, no se presentará el paso de luz a través de esta matriz de Concreto.
Se identificó que su densidad, o peso específico, esta dentro de los rangos normales del concreto.
No se evidencia disminución de densidad importante según la tabla no.8
En cuanto a sus propiedades mecánicas, se establece una diferencia de resistencias entre el armado del 30% y del 70%. Se observa que el CT compuesto de un 70% de vidrio alcanzó una falla promedio de 16,67 MPa (Tabla No.14).Valor mayor que el CT compuesto de un 30%. Por lo tanto se puede afirmar que entre mayor sea la proporción de sustitución por vidrio mayor va a ser la resistencia a la compresión promedio. También se puede inferir que la falla anticipada, a la deseada, se debe a las propiedades del vidrio, ya que a la hora de realizar los ensayos y ser sometido a compresión los cilindros, el vidrio en el interior se quebraba en diminutas partes, generando esfuerzos internos alternos.
Por otro lado, el módulo de elasticidad resultante fue bastante cercano a lo esperado. Con errores menores al 20% para el CT de 70% y menores al 1% para el CT de 30%, lo que indica un comportamiento adecuado estructural.
El Módulo de Ruptura según los resultados, (ver tabla No. 20), presenta errores significativos, y se asocia a las propiedades del material como ya anteriormente se mencionó.
Se recomienda realizar mas ensayos cambiando proporciones para verificar estas propiedades mecánicas. De los tres modelos explorados, es el CT de vidrio templado que presenta mejor comportamiento mecánico.
- Concreto Translúcido compuesto por SIKAFLOOR 169
Segun las Figuras No. 18 y 19, no se evidenció paso de luz, ni efectos de translucidez a través de los cilindros y vigas de muestra. Esto se debe a la composición porcentual y de sustitución de cemento que se empleo, de alrededor del 30%. Es necesario incrementar este valor a un rango mayor del 50%. Un fenómeno que se presentó a la hora de la mezcla y vaciado de los cilindros y vigas fue el de la separación de fases de los materiales que lo componían. Por un lado el Sikafloor 169 produjo la precipitación y sedimentación de los agregados y el cemento, sin permitir una mezcla homogénea. Esta sedimentación produjo que en la parte de superior de los elementos quedara todo el
acrílico acumulado. Se debe identificar una mejor forma de vaciado para evitar la separación de fases.
Inclusive, dado este fenomeno, las propiedades mecánicas del CT se vieron afectadas.
Por ejemplo la resistencia a compresión, según la tabla No. 14 y 15, de los tres modelos, fué el que menor rango de resitencia presentó. Del orden de 7,74 MPa con un error porcentual del 63%, lo que implica que no se comporta como un concreto normal, si no como un acrílico, que permite deformaciones grandes. El mismo efecto tuvo en la determinación del Módulo de Ruptura, cuyo error es del 56%, significativo, si se compara con los tres modelos.
Según la Figura No.19, en el ensayo a compresión, se ve como toda la carga, la toma el acrílico que esta en la parte superior del cilindro, provocando una expansión y deformación a los costados impidiendo un comportamiento normal. De manera similar cambia la forma de falla, ya que se fractura no por esfuerzos superiores a los que el concreto permite, sino por los esfuerzos que el acrílico de la parte superior percibe.
Es importante cambiar la proporción de Sikafloor 169 y garantizar de manera adecuadA la no separación de fases, que es lo que eventualemente promueve este comportamiento. Si las fases no se separan es posible tener una mejor distribución de esfuerzo en la muestra, de tal forma que se pueda considerar su uso.
-Costos y Alternativas
El aspecto económico, para la implementación de estos modelos y para futuros estudios es relevante. Mientras que para fibra óptica y vidrio templado se tiene unos costos dentro de rangos normales, para la implementación de sikafloor 169, si representa un aumento importante en los costos por unidad de volumen del concreto.
Una de las razones por las cuales no se evidenció propiedades translúcidas es que: Estos modelos presentados anteriormente y de los cuales existen registros, han sido implementados para muestras esbeltas y paneles de espesores pequeños.
Según los resultados reportados, se recomienda realizar un nuevo modelo involucrando los tres CT
explorados. Este nuevo modelo debe sustituir tanto agregados finos y gruesos, como también el cemento, utilizando vidrio templado como sustituyente de agregados y el Sikafloor 169 como sustituyente parcial del cemento o pasta de pega.
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES • Se realizó la exploración de tres diferentes
modelos de Concreto translúcido que como resultado no se encontraron propiedades translúcidas significativas.
• Se determinó para los tres modelos de CT sus propiedades mecánicas, cuyos resultados arrojan que el CT compuesto de vidrio, brinda mejor capacidad de carga a compresión.
• Se debe incrementar como mínimo hasta en un 70% del volumen de concreto, la cantidad de fibra óptica para evidenciar un buen paso de la luz.
• Según los resultados el CT de fibra óptica; no alcanzó la resistencia deseada y no cumplió con los estandares de módulo de elasticidad y módulo de ruptura.
• Se debe implementar una metodología y diseño para el armado y colocado de las fibras ópticas, ya que al disponerlas de manera aleatorea se pierde todo el potencial translúcido.
• Para el CT de vidrio templado al 70% ,se observa una resistencia a la compresión significativa (17MPa), junto con un módulo de elasticidad adecuado a lo deseado.
• Es imprecindible trabajar en un elemento que sustituya la pasta de cemento, de tal foma que la superficie de los materiales no sea cubierta y colmatada impidiendo el paso adecuado de la luz.
• A mayor contenido de vidrio se observa un incremento en la resistencia a compresión del modelo de CT.
• El modelo de CT compuesto por Sikafloor 169, se observó una separación de fases, provocando una deformación alta, pero una resistencia a la compresión baja. De manera similar sucede para el caso de esfuerzo a flexión.
• Se plantea un nuevo modelo, en el cual se utilice el vidrio templado y el acrílico
Sikafloor 169, de esta forma se sustituye un porcentaje de pasta y de agregados.
• Se debe realizar una exploración enfocada a cada uno de estos modelos. No todos al tiempo.
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Anexos
Figuras del proceso experimental, para los ensayos realizados.
Resistencia de Diseño a Compresión (f’c):
Figura No.5. Refrentado de Cilindros. Figura No.6. Disposición Cilindros y Falla.
Módulo de Elasticidad (Ec):
Figura No.7. Disposición de cilindros intrumentados con 2 deformímetros.
Módulo de Ruptura fr:
Figura No.8. Disposición e intrumentación de viga que se somete a flexión en la maquina MTS.
Figura No.9. Falla de viga VT por flexión.
Tabla No.9 Información detallada de pesos específicos para cada cilindro de Concreto de Control Tradicional.
Cilindro Peso Fresco (kg)
Peso Seco (kg)
Volumen (m3)
Υ Fresco (kg/m3)
Υ Seco (kg/m3)
1 3,72 3,52 0,00157 2369 2242 2 3,72 3,52 0,00157 2369 2242 3 3,72 3,52 0,00157 2369 2242 4 3,72 3,52 0,00157 2369 2242
Tabla No.10 Información detallada de pesos específicos para cada cilindro de CT de Vidrio Templado al 30%.
Cilindro Peso Fresco (kg)
Peso Seco (kg)
Volumen (m3)
Υ Fresco (kg/m3)
Υ Seco (kg/m3)
1 3,82 3,62 0,00157 2433 2306 2 3,7 3,52 0,00157 2357 2242 3 3,8 3,52 0,00157 2420 2242 4 3,72 3,66 0,00157 2369 2331 5 3,82 3,62 0,00157 2433 2306 6 3,76 3,64 0,00157 2395 2318
Tabla No.11 Información detallada de pesos específicos para cada cilindro de CT de Vidrio Templado al 70%.
Cilindro Peso Fresco (kg)
Peso Seco (kg)
Volumen (m3)
Υ Fresco (kg/m3)
Υ Seco (kg/m3)
1 3,82 3,7 0,00157 2433 2357 2 3,74 3,62 0,00157 2382 2306 3 3,84 3,62 0,00157 2446 2306 4 3,82 3,54 0,00157 2433 2255 5 3,84 3,54 0,00157 2446 2255 6 3,84 3,54 0,00157 2446 2255
Tabla No.12 Información detallada de pesos específicos para cada cilindro de CT de Fibra Óptica.
Cilindro Peso Fresco (kg)
Peso Seco (kg)
Volumen (m3)
Υ Fresco (kg/m3)
Υ Seco (kg/m3)
1 3,66 3,6 0,00157 2331 2293 2 3,64 3,6 0,00157 2318 2293 3 3,66 3,6 0,00157 2331 2293 4 3,62 3,58 0,00157 2306 2280 5 3,66 3,58 0,00157 2331 2280 6 3,66 3,59 0,00157 2331 2287
Tabla No.13 Información detallada de pesos específicos para cada cilindro de CT de SIKAFLOOR 169.
Cilindro Peso Fresco (kg)
Peso Seco (kg)
Volumen (m3)
Υ Fresco (kg/m3)
Υ Seco (kg/m3)
1 3,22 3,1 0,00157 2051 1975 2 3,42 3,28 0,00157 2178 2089 3 3,56 3,38 0,00157 2268 2153 4 3,38 3,25 0,00157 2153 2070 5 3,37 3,26 0,00157 2146 2076 6 3,4 3,28 0,00157 2166 2089
Figuras de Esfuerzo vs Deformación Unitaria para cada uno de los modelos explorados.
Figura No.10. Curva de esfuerzo (Mpa) vs Def. Unitaria (e) para Concreto Control
Figura No.11 Curva de esfuerzo (Mpa) vs Def. Unitaria (e) para CT compuesto de Fibra Óptica.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 2 4 6 8 10 12 14
Esfuerzo (M
Pa)
Def.Unitaria e
Esfuerzo vs Def.Unitaria Concreto Control
Esfuerzo vs Def.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 2 4 6 8 10 12
Esfuerzo (M
Pa)
Def. Unitaria e
Esfuerzo vs Def.Unitaria CT de Fibra Óptica.
Mpa
Figura No.12 Curva de esfuerzo (Mpa) vs Def. Unitaria (e) para CT compuesto de Fibra Óptica.
Figura No.13 Curva de esfuerzo (Mpa) vs Def. Unitaria (e) para CT compuesto de VT al 30% y al 70%.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 5 10 15 20
Esfuerzo MPa
Def. Unitaria (e)
Esfuerzo vs Def. Unitaria de CT compues de SikaFloor 169
SikaFloor 169
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Esfuerzo (M
Pa)
Def. Unitaria (e)
Esfuerzo vs Def. Unitaria para CT de Vidrio Templado (30% y 70%)
VT 30%
VT 70%
Figura No.14 Curva de esfuerzo (Mpa) vs Def. Unitaria (e) comparativa para todos los modelos explorados.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Esfuerzo (M
Pa)
Def. Unitaria (e)
Curva de Esfuerzo vs Def. Unitaria para todos los modelos explorados.
SikaFloor 169
Fibra Optica
Concreto Control
VT 30%
VT 70%
